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分子晶體與共價(jià)晶體
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選擇性必修2 第三章 第二節(jié)
1、分子晶體
請(qǐng)判斷下列固體是否屬于晶體？并說(shuō)明理由？
雪花
食鹽
鉆石
玻璃
晶體
晶體
晶體
非晶體
思考：這些晶體有什么不同呢？
內(nèi)容內(nèi)容內(nèi)容
1、分子晶體
雪花
分子間作用力
水分子
分子晶體
食鹽
靜電作用力
鈉離子、氯離子
離子晶體
鉆石
共價(jià)鍵
碳原子
原子晶體
只含_____的晶體，或者分子間以______________結(jié)合形成的晶體叫分子晶體。
1、分子晶體
概念
分子晶體中的粒子及粒子間的相互作用
分子
分子間作用力
構(gòu)成微粒
分子
相互作用
分子內(nèi)：共價(jià)鍵
分子間：分子間作用力
(氫鍵
范德華力)
1、分子晶體
碘（I2） 干冰（CO2） 碳60（C60） 冰（H2O）
1、分子晶體
常見的典型分子晶體
(1)所有非金屬氫化物：H2O、H2S、NH3、CH4等；
(2)部分非金屬單質(zhì)：X2(鹵素)、O2、H2、S8、P4、C60、稀有氣體等；
(除B、Si、金剛石等)
(3)部分非金屬氧化物：CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等；
(除 SiO2 等)
(4)幾乎所有的酸： H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等；
(5)絕大多數(shù)有機(jī)物：苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等；
2、分子晶體的性質(zhì)
思考：請(qǐng)根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析分子晶體的熔點(diǎn)有什么特點(diǎn)？
表3-2 某些分子晶體的熔點(diǎn)
分子晶體 氧氣 氮?dú)?白磷 硫化氫 甲烷 乙酸
熔點(diǎn)/℃ -218.3 -210.1 44.2 -85.6 -182 16.6
(1)分子晶體熔、沸點(diǎn)較低、硬度小。
(2)分子晶體大多都是絕緣體，在固態(tài)和熔融狀態(tài)下都不導(dǎo)電。
(3)分子晶體的溶解性一般符合“相似相溶”規(guī)律。
2、分子晶體的性質(zhì)
分子晶體熔、沸點(diǎn)高低的判斷
①組成和結(jié)構(gòu)相似，不含氫鍵的，M越大，范德華力越強(qiáng)，熔、沸點(diǎn)越高，
I2＞Br2＞Cl2＞F2，HI＞HBr＞HCl。
②組成和結(jié)構(gòu)不相似的 (M接近)，分子的極性越大，熔、沸點(diǎn)越高，
③含有分子間氫鍵的，熔、沸點(diǎn)反常升高，
如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。
如CH3OH＞CH3CH3。
3、典型的分子晶體
x
y
z
利用干冰晶體的結(jié)構(gòu)模型認(rèn)識(shí)分子晶體的結(jié)構(gòu)特征，每個(gè)CO2周圍有幾個(gè)緊密相鄰的CO2
干冰晶體結(jié)構(gòu)
3、典型的分子晶體
x
y
z
干冰晶體結(jié)構(gòu)
干冰晶體結(jié)構(gòu)
x
y
z
①干冰中的CO2分子間作用力只存在 ，不存在 。
②每個(gè)晶胞中均攤 個(gè)CO2分子
③每個(gè)CO2分子周圍等距離緊鄰的CO2分子數(shù)為 個(gè)。
4
12
范德華力
分子間氫鍵
3、典型的分子晶體
3、典型的分子晶體
大多數(shù)分子晶體中，如果分子間的作用力只有范德華力，若以一個(gè)分子為中心，其周圍最多可以有12個(gè)緊鄰的分子，分子晶體的這一特征稱為分子密堆積。
分子密堆積
干冰晶胞
C60的晶胞
3、典型的分子晶體
若分子間除了存在范德華力，還存在氫鍵，那么，這對(duì)分子晶體的結(jié)構(gòu)有什么影響呢？
3、典型的分子晶體
晶體
非晶體
冰晶體中，每個(gè)H2O周圍有幾個(gè)緊密相鄰的H2O？和干冰晶體一樣嗎？若不一樣，可能的原因是什么？
4個(gè)，不一樣
3、典型的分子晶體
晶體
非晶體
冰晶體中，每個(gè)H2O周圍有幾個(gè)緊密相鄰的H2O？和干冰晶體一樣嗎？若不一樣，可能的原因是什么？
原因 ：冰晶體中，每個(gè)水分子周圍只有4個(gè)緊密相鄰的水分子，因?yàn)樗肿娱g除范德華力還存在氫鍵，氫鍵具有方向性和飽和性，由于氫鍵具有方向性，迫使在四面體中心的每個(gè)水分子與四面體頂點(diǎn)方向的4個(gè)相鄰水分子相互吸引。
3、典型的分子晶體
分子非密堆積
分子晶體中，如果分子間的作用力除了范德華力，還存在氫鍵，導(dǎo)致每個(gè)分子周圍緊鄰的分子少于12個(gè)，這一排列使得晶體的空間利用率不高，留有相當(dāng)大的空隙，分子晶體的這一特征稱為分子非密堆積。
4、拓展延伸
天然氣水合物—— 一種潛在的能源
許多氣體可以與水形成水合物晶體。最早發(fā)現(xiàn)這類水合物晶體的是19世紀(jì)初的英國(guó)化學(xué)家戴維，他發(fā)現(xiàn)氯可形成化學(xué)式為Cl2·8H2O的水合物晶體。20世紀(jì)末，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)海底和大陸冰川或永久凍土底部存在大量天然氣水合物晶體。這種晶體的主要?dú)怏w成分是甲烷，因而又稱甲烷水合物。它的外形像冰，而且在常溫常壓下會(huì)迅速分解釋放出可燃的甲烷，因而又稱“可燃冰”。
天然氣分子藏在水分子籠內(nèi)
水分子籠是多種多樣的
【練習(xí)】
1、下列分子晶體的熔、沸點(diǎn)由高到低的順序是( )
①HCl　②HBr　③HI　④CO　⑤N2　⑥H2
A.①②③④⑤⑥
B.③②①⑤④⑥
C.③②①④⑤⑥
D.⑥⑤④③②①
C
【練習(xí)】
2、干冰(CO2)的晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示。下列說(shuō)法不正確的是 ( )
A．干冰晶體屬于分子晶體
B．干冰晶胞中，含有4個(gè)CO2分子
C．干冰晶體中，每個(gè)CO2周圍等距且緊鄰的CO2有6個(gè)
D．干冰晶體中CO2分子間作用力較小，常壓下易升華
C
【練習(xí)】
3、如圖為干冰的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖。
(1)通過(guò)觀察分析，有____種取向不同的CO2分子。將CO2
分子視作質(zhì)點(diǎn)，設(shè)晶胞邊長(zhǎng)為a pm，則緊鄰的兩個(gè)CO2
分子的距離為____ pm。
(2)其密度ρ為___________________(1 pm＝10－10 cm)。
4
5、共價(jià)晶體
碳元素和硅元素處于元素周期表中同一主族，CO2和SiO2熔沸點(diǎn)為什么差距那么大？
熔點(diǎn)/oC 狀態(tài)（室溫）
CO2 -56.2 氣態(tài)
SiO2 1723 固態(tài)
干冰
SiO2
內(nèi)容內(nèi)容內(nèi)容
5、共價(jià)晶體
通過(guò)金剛石晶體的結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)組成共價(jià)晶體的粒子和粒子間的作用力是什么？
金剛石的多面體外形
組成的粒子：_______
粒子間的作用力： _______
晶體結(jié)構(gòu)
晶胞示意圖
晶胞示意圖
原子
共價(jià)鍵
相鄰原子間以_______相結(jié)合形成共價(jià)鍵三維骨架結(jié)構(gòu)
(空間立體網(wǎng)狀)的晶體。
概念
共價(jià)晶體中的粒子及粒子間的相互作用
共價(jià)鍵
構(gòu)成微粒
原子
微粒間作用
共價(jià)鍵
5、共價(jià)晶體
5、共價(jià)晶體
常見的共價(jià)晶體
某些單質(zhì)
極少數(shù)金屬氧化物
某些非金屬化合物
硼
剛玉
碳化硅
其他：
硅(Si)、金剛石(C) 、鍺(Ge)等
其他：
七氧化二錳(Mn2O7) 、三氧化二鉻(Cr2O3) 等
其他：
二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等
6、典型的共價(jià)晶體
金剛石晶體
每個(gè)C以共價(jià)單鍵對(duì)稱地與相鄰的4個(gè)C結(jié)合
C—C—C夾角為109°28′
(2)晶體中最小的碳環(huán)由 個(gè)碳原子組成，且不在同一平面內(nèi)，最多有 個(gè)碳原子在同一平面。
(1)在晶體中每個(gè)碳原子以 個(gè)共價(jià)單鍵對(duì)稱地與相鄰的 個(gè)碳原子結(jié)合，C—C—C夾角為 ，即金剛石中的碳采取 雜化軌道形成共價(jià)鍵三維骨架結(jié)構(gòu)。
109°28′
sp3
6
4
正四面體
四
4
最小環(huán)為六元環(huán)
6、典型的共價(jià)晶體
金剛石晶體
(4)每個(gè)C原子被 個(gè)六元環(huán)共用，1個(gè)碳環(huán)占有的碳原子為 個(gè)。
(3)每個(gè)C形成4個(gè)C—C，每個(gè)C—C占有 個(gè)C，即C原子與C—C數(shù)目之比為 。
2
1∶2
12
0.5
正四面體
最小環(huán)為六元環(huán)
6、典型的共價(jià)晶體
金剛石晶體
6、典型的共價(jià)晶體
二氧化硅晶體
晶體硅的結(jié)構(gòu)
二氧化硅的結(jié)構(gòu)
SiO2晶體結(jié)構(gòu)相當(dāng)于在晶體硅結(jié)構(gòu)中每2個(gè)Si原子中間插入1個(gè)O原子
(1) 在SiO2晶體中，每個(gè)硅原子采取sp3雜化與 個(gè)氧原子結(jié)合；每個(gè)氧原子與 個(gè)硅原子結(jié)合；在SiO2晶體中硅原子與氧原子個(gè)數(shù)之比是 。
單個(gè)的SiO2分子存在。
(2)在SiO2 晶體中，每個(gè)硅原子形成 個(gè)共價(jià)鍵；每個(gè)氧原子形成 個(gè)共價(jià)鍵；
(3)在SiO2 晶體中，最小環(huán)為 元環(huán)，由 個(gè)Si原子和 個(gè)O原子構(gòu)成。
2
1：2
4
2
12
沒(méi)有
4
6
6
6、典型的共價(jià)晶體
二氧化硅晶體
(4)每個(gè)十二元環(huán)中平均含有硅原子
1：4
1：2
= 6× =
Si原子個(gè)數(shù)與Si-O 共價(jià)鍵個(gè)數(shù)之是 ；
O原子個(gè)數(shù)與Si-O 共價(jià)鍵個(gè)數(shù)之比是 。
每個(gè)十二元環(huán)中平均含有Si-O鍵
= 12× =2
(5)60 g 二氧化硅含有_____個(gè)Si原子
含有_____個(gè)O原子
含有_____ 個(gè)Si-O鍵
NA
2NA
4NA
1 mol SiO2中含 mol Si-O鍵
4
6、典型的共價(jià)晶體
二氧化硅晶體
在低溫石英的結(jié)構(gòu)中，頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長(zhǎng)鏈，而沒(méi)有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性(左、右型)，被廣泛用作壓電材料，如制作石英手表。
二氧化硅晶體——低溫石英
石英晶體中的硅氧四面體相連構(gòu)成的螺旋鏈
石英的左、右型晶體
石英手表
6、典型的共價(jià)晶體
二氧化硅晶體
二氧化硅——重要用途
水泥
單晶硅
玻璃
單晶硅制的芯片
硅太陽(yáng)能
電池
二氧化硅
光導(dǎo)纖維
6、典型的共價(jià)晶體
7、共價(jià)晶體的性質(zhì)
思考：比較下表中共價(jià)晶體熔點(diǎn)和硬度，它們有什么特點(diǎn)？
某些共價(jià)晶體的熔點(diǎn)和硬度
共價(jià)晶體 金剛石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 鍺
熔點(diǎn)/℃ ＞3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度* 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
熔點(diǎn)很高；硬度很大
為什么共價(jià)晶體熔點(diǎn)很高？
熔化破壞共價(jià)鍵，需要很高的能量。
結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體，原子半徑越小，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)越高。
7、共價(jià)晶體的性質(zhì)
思考：比較下表中共價(jià)晶體熔點(diǎn)和硬度，它們有什么特點(diǎn)？
某些共價(jià)晶體的熔點(diǎn)和硬度
共價(jià)晶體 金剛石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 鍺
熔點(diǎn)/℃ ＞3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度* 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
問(wèn)題1:與分子晶體相比,共價(jià)晶體的熔點(diǎn)普遍較高,為什么
分子晶體中分子間是以較弱的分子間作用力(部分含氫鍵)相互作用的,而共價(jià)晶體中原子間是通過(guò)較強(qiáng)的共價(jià)鍵相互作用的,并且形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),所以熔點(diǎn)普遍較高。
7、共價(jià)晶體的性質(zhì)
問(wèn)題2:由表中可知,金剛石、硅和鍺的熔點(diǎn)和硬度均依次降低,如何解釋
三者的組成元素為同一主族元素,形成的晶體結(jié)構(gòu)類似,結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體,原子半徑越小,鍵長(zhǎng)越短,鍵能越大,晶體的熔點(diǎn)越高,硬度越大。
問(wèn)題3:從哪些角度可以區(qū)分共價(jià)晶體與分子晶體
可以從構(gòu)成微粒、微粒間作用力強(qiáng)弱、熔沸點(diǎn)、硬度等角度區(qū)分。
共價(jià)
晶體
分子
晶體
有氫鍵
只有
范德華力
方 法
依據(jù)組成晶體的粒子和粒子間的作用力判斷
依據(jù)性質(zhì)判斷
判斷
晶體的類型
鍵能越大
熔點(diǎn)越高
氫鍵的
數(shù)目多少
相對(duì)分子
質(zhì)量大小
判斷
鍵能的大小
判斷
分子間的作用力
7、共價(jià)晶體的性質(zhì)
比較物質(zhì)的熔點(diǎn)的方法
【練習(xí)】
5. 金剛石晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，回答下列問(wèn)題。
(1)一個(gè)金剛石晶胞中含有________個(gè)碳原子。
(2)已知晶胞參數(shù)為a pm，則金剛石的密度為______________ g·cm－3。
(3)晶體中兩個(gè)最近的碳原子之間的距離為______ pm。
(4)碳原子的半徑為r，則a、r有什么關(guān)系？
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